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创造了能够成倍提高铝生产利润的材料

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© Форпост Северо-Запад / Павел Долганов / на фото: подготовка компонентного состава для композитного материала

女皇叶卡捷琳娜二世圣彼得堡矿业大学继续进行一系列实验室实验,旨在创造一种全新的铝生产技术。现在,铝是通过电解熔融冰晶石中的氧化铝溶液生产出来的,这一过程是在水平布置阳极和阴极的设备中进行的。

这种电极布置方式可以在整个电极表面提供稳定的电流分布,这是金属生产工艺的基本条件。不过,根据这一原理设计的设备也有一些明显的缺点。其中最重要的是耗电量大。这种情况的后果是,铝工业高度依赖电价。如果电价上涨过快,生产成本就会急剧上升,冶炼厂就会开始亏本经营,去年许多欧洲国家就发生了铝冶炼厂大量破产或暂时停产的情况。

科学家们非常清楚如何打破这个死结,而且可以打破很长时间。只需使用垂直排列的电极。这不仅能降低能耗,还能显著提高具体生产率。毕竟,通过减小电解槽的尺寸,可以增加电解槽的数量,并在相同面积上获得多 5-6 倍的金属。也就是说,每米面积每天生产约 320 公斤金属,而不是 50-55 公斤。不过,这只是理论上的,目前还无法付诸实践,因为阴极表面的电流分布失去了稳定性。

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© Форпост Северо-Запад / Павел Долганов

"大学管理层赋予我们的任务是开发一种技术,使铝电解槽中电流密度的宏观和微观分布在垂直排列电极的整个表面上保持一致。圣彼得堡矿业大学矿物和技术资源加工问题科学中心副主任叶夫根尼-戈尔拉诺夫说:"为了实现这一目标,我们首先需要创造一种全新的复合材料,并使其形状能够消除电荷分布不均的问题。

科学家们已经在实现这个几十年来似乎遥不可及的目标方面取得了重大进展。例如,他们获得了一种基于钛及其化合物的复合电极,这种电极最适合新一代电解槽,而且在实验中还发现,这种电极的最佳形状是椭圆形。这将消除任何使电流难以在阴极上均匀分布的电流集中器,如尖锐的边缘、角落或突起物。此外,我们还开发了一种创新的产品表面平整方法,即形成一层特殊的涂层,以避免出现粗糙现象。

这项技术已经过实验室测试。试验证实了椭圆形复合电极的效率,同时还表明,与矩形电极相比,使用椭圆形复合电极的阳极溶解率降低了三倍。也就是说,使用这种电极可以大大节省消耗品。

下一阶段的实验将是在一个相对较小的 100 安培装置上使用垂直排列的电极进行电解。如果取得成功,计划通过半工业试验来扩大项目规模。这些试验将给出问题的最终答案:在可预见的未来,人类是否真的能够创造出一种成本效益更高的金属生产技术,并将其生产成本降低数倍?.

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© Форпост Северо-Запад / Павел Долганов

"我们所进行的实验室研究确实让我们有信心做到这一点。特别是,我们预计在电解槽中采用垂直电极布置的情况下,生产能耗将从目前的每公斤铝 13.5 千瓦时降低到 11.5 千瓦时,即降低约 15%。此外,具体的建造成本将降低 5-6 倍。叶夫根尼-戈尔拉诺夫强调说:"同样重要的是,二氧化碳排放量也将大幅减少,降幅可达 90%。

他明确指出,减少二氧化碳排放量的效果是通过在阴极生产中使用复合材料实现的。如果使用所谓的惰性(即低消耗)类似物代替传统的碳阳极,这一指标将降为零。

目前,全世界的科学家都在试图用陶瓷或各种合金创造出这样一种创新产品,因为它的出现将大大减少人类活动对环境的影响。然而,迄今为止,这方面的所有研究都导致工艺的成本效益下降,主要原因是能耗更高。因此,与在垂直排列电极的设备中进行电解过程的先进工厂的投产相比,碳中和铝冶炼厂的出现可能是一个更加遥远的前景。